郭欣宇，司海伯，苗 盈，鄺 樂

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械技術(shù)學(xué)院，江蘇無錫 214121）

0 引言

汽車車燈通常由燈泡、反射鏡和配光鏡3 部分組成，其中反射鏡和配光鏡上分布著大量的配光紋，其作用是散射光線，使燈光亮度均勻[1]。配光紋種類很多，不同配光紋的配光效果不同。一般情況下一個車燈同時配置多種配光紋，常見的有金字塔配光紋、魚眼配光紋、柱狀配光紋等，如圖1所示。

圖1 車燈配光紋[3]

汽車車燈配光紋具有單元尺寸小、單元結(jié)構(gòu)類似、單元數(shù)量多和造型精度要求高等特點。配光紋單元一般分布在車燈曲面上，雖然各個配光紋單元結(jié)構(gòu)類似，但仍然需要逐個單元手工繪制，不能采用陣列方式來快速地完成，重復(fù)性工作量較大，通常占據(jù)整個車燈造型工作量的20%以上[2]。因此，如果能提高車燈配光紋的建模效率，將直接縮短汽車車燈新產(chǎn)品開發(fā)周期并降低開發(fā)成本。

NX 軟件是功能強大的CAD/CAM/CAE 集成軟件，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計和制造。面向車燈配光紋建模等具體應(yīng)用時，NX 為用戶提供了二次開發(fā)接口，方便用戶進(jìn)行專用工具集的定制，使用戶能夠自行開發(fā)適合特殊需求的、效率更高的CAD 功能[4]。廖敦明等[5]基于NX 9.0 平臺利用NX Open C++/NX Open API技術(shù)，開發(fā)了汽車管路自動化胎具設(shè)計系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)胎具標(biāo)準(zhǔn)件的自動裝配，縮短了胎具設(shè)計周期，提高了胎具設(shè)計效率。錢柳剛等[6]通過深溝球軸承以及圓錐滾子軸承兩個實例，闡述了NX 二次開發(fā)方法在軸承參數(shù)化快速設(shè)計中的應(yīng)用。葛成榮[7]基于KF（Knowledge Fusion）技術(shù)，通過NX 二次開發(fā)手段設(shè)計開發(fā)出撥叉零件的智能設(shè)計建模模塊，有利于提高撥叉零件設(shè)計和建模的工作效率。黃曉明等[8]基于NX Open API 開發(fā)了一個自動化、集成化、高效率的電極設(shè)計系統(tǒng)，不僅提高了電極設(shè)計的速度，而且使企業(yè)的電極管理更趨標(biāo)準(zhǔn)化。曹澍等[9]基于NX 軟件二次開發(fā)功能，開發(fā)了一款適用于弧面分度凸輪機構(gòu)快速建模的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，縮短了弧面凸輪機構(gòu)的設(shè)計周期并減少了重復(fù)性工作量。黃陽等[10]將NX 二次開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于減速器設(shè)計，通過參數(shù)化設(shè)計簡化了減速器的設(shè)計流程，減少了重復(fù)性設(shè)計工作。

本文針對汽車車燈圓點配光紋手工建模重復(fù)性工作量大、建模效率低的問題，基于NX 二次開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)了圓點配光紋的自動化快速建模，提高了車燈配光紋的建模效率，縮短了汽車車燈新產(chǎn)品的開發(fā)周期并降低了開發(fā)成本。

1 圓點配光紋建模原理

車燈配光紋種類不同，其建模方法也各不相同，一般來說，可以分為兩步：網(wǎng)格劃分和配光紋建模。網(wǎng)格劃分是指在車燈曲面上生成曲線，用來確定配光紋的位置和邊界。

已知一組原始曲面、組成網(wǎng)格的兩組曲線、圓點配光紋的直徑和高度、生成圓點配光紋的矢量方向，圓點配光單元的建模原理如下。

（1）求組成網(wǎng)格的兩組曲線的交點，如圖2所示。

圖2 創(chuàng)建交點

（2）將原始曲面偏置距離hf=rad-ht得到偏置曲面，曲面偏置方向與給定的生成圓點配光紋的矢量方向相反，如圖3所示，其中rad表示圓點配光紋的半徑，ht表示圓點配光紋的高度，如圖4所示。

圖3 偏置曲面

圖4 圓點花紋的半徑和高度

（3）將交點投影到偏置曲面上得到投影點，以投影點為圓心創(chuàng)建球面。

（4）以原始曲面為邊界，對球面進(jìn)行裁剪，最終得到圓點配光紋單元，如圖5所示。

圖5 圓點配光紋

2 圓點燈花快速建模程序開發(fā)

以NX 10 為開發(fā)平臺，利用NX 二次開發(fā)模塊開發(fā)了汽車車燈圓點配光紋快速建模功能模塊，具體包括使用MenuScript編寫菜單文件，使用Block UI Styler 制作人機交互對話框，使用NX OPEN API函數(shù)實現(xiàn)圓點配光紋的快速建模功能。

2.1 菜單文件和Robbin工具條制作

MenuScript 是一種NX 定義的具有一定語法規(guī)則的腳本語言，允許用戶對原有的菜單和工具條進(jìn)行編輯，也可以生成自定義的菜單和工具條[11]。

2.1.1 菜單文件制作

在用戶自定義的二次開發(fā)路徑下新建startup文件夾，在該文件夾中新建擴展名為.men 的腳本文件，輸入相應(yīng)的腳本代碼完成系統(tǒng)菜單的制作，啟動NX 后自動加載的菜單界面如圖6所示。

圖6 自定義菜單

車燈配光紋快速建模系統(tǒng)的菜單放置于“幫助”菜單之后，包含燈花、電鑄紋、條紋面和輔助功能4 個二級菜單，每個二級菜單又分別包含若干具體的功能命令，本文開發(fā)的圓點配光紋位于燈花這個二級菜單下。菜單腳本文件的制作思路如下。

（1）首先聲明版本號VERSION 170，并添加編輯菜單的語句EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR。

（2）一級菜單的腳本代碼以語句AFTER UG_HELP 開始，以語句END_OF_AFTER 結(jié)束，表示將車燈配光紋快速建模系統(tǒng)菜單放置在“幫助”菜單之后，其中UG_HELP 為“幫助”菜單的標(biāo)識符。使用關(guān)鍵詞CASCADE_BUTTON 和LABEL分別指定一級菜單的標(biāo)識符和標(biāo)簽。一級菜單的腳本代碼為：

（3）二級菜單的腳本代碼以語句MENU chedeng 開始，以語句END_OF_MENU 結(jié)束，其中chedeng 是一級菜單的標(biāo)識符。同樣使用關(guān)鍵詞CASCADE_BUTTON 和LABEL分別指定二級菜單的標(biāo)識符和標(biāo)簽。二級菜單的腳本代碼為：

（4）三級菜單的腳本代碼同樣以關(guān)鍵詞MENU 開始，以關(guān)鍵詞END_OF_MENU 結(jié)束。不同的是，三級菜單的標(biāo)識符使用關(guān)鍵詞BUTTON 來指定，并且需要使用關(guān)鍵詞BITMAP 指定圖標(biāo)，這是因為三級菜單是具有特定功能的命令，不再包含任何子菜單。以本文開發(fā)的圓點配光紋為例，相關(guān)的三級菜單的腳本代碼為：

2.1.2 Robbin工具條制作

在startup 文件夾下新建擴展名為.rbn 的腳本文件，輸入相應(yīng)的腳本代碼完成Robbin 工具條的制作，啟動NX 后自動加載的Ribbon工具條如圖7所示。

圖7 自定義Ribbon工具條

在Robbin 腳本中缺省了用于指定標(biāo)簽的關(guān)鍵詞LABEL 和指定位圖的關(guān)鍵詞BITMAP，但是這不影響標(biāo)簽和圖標(biāo)的正常顯示，因為在菜單腳本文件中已經(jīng)指定了，所以Robbin 腳本文件代碼較為簡潔清晰。以燈花這一組為例，Robbin腳本文件的部分代碼如下所示。

2.2 對話框設(shè)計

Block UI Styler 是NX 中制作人機交互界面對話框的可視化模塊[12]，具有可視化功能，可以方便地制作具有NX 風(fēng)格的交互界面，該界面能與NX 集成，操作方便高效，有效降低二次開發(fā)難度[13]。使用Block UI Styler 設(shè)計的圓點配光紋對話框如圖8 所示，該對話框共有4 個組和6 個控件。第1 個組為“曲面”，包含“選擇對象”控件，用于選擇曲面；第2 個組為“曲線”，包含2 個“曲線收集器”控件，分別用于選擇兩組曲線；第3 個組為“參數(shù)”，包含兩個“雙精度”控件，分別用于輸入圓點半徑參數(shù)和圓點高度參數(shù)；第4 個組為“配光紋生成方向”，包含一個“反向”控件，用于指定圓點配光紋的生成方向。

圖8 圓點配光紋對話框

在用戶自定義的二次開發(fā)路徑下新建application 文件夾，將對話框命名為yuandiandenghua 并保存到application 文件夾中，會產(chǎn)生yuandiandenghua.dlx、yuandiandenghua.hpp、yuandiandenghua.cpp 三個文件，分別是對話框圖形界面文件、對話框C++語言頭文件和對話框C++語言模板文件。

2.3 圓點配光紋程序開發(fā)流程

基于圓點配光紋手工建模的原理和思路，利用應(yīng)用程序接口（NX Open API）函數(shù)開發(fā)圓點配光紋功能模塊的具體流程如下。

2.3.1 搭建應(yīng)用程序框架

打開Visual Studio 2012，選擇NX10 NXOpen C++Wizard 模板，新建名為yuandiandenghua 的應(yīng)用程序框架，并刪除項目自動生成的.cpp 文件和.hpp 文件，將創(chuàng)建對話框時保存在application文件夾中的yuandiandenghua.hpp 和yuandiandenghua.cpp文件添加到應(yīng)用程序框架中。

2.3.2 獲取用戶輸入

（1）使用選擇對象（SelectObject）控件，獲取用戶選擇的原始曲面，記為selectedFaces。需要注意的是，需要在initialize_cb()函數(shù)中使用Selection::MaskTriple (UF_solid_type,UF_solid_body_subtype,UF_UI_SEL_FEATURE_ANY_FACE)設(shè)置過濾，使用戶不能選擇除曲面之外的其他實體。

（2）使用2 個曲線收集器（CurveCollector）控件，分別獲取用戶選擇的第一組曲線和第二組曲線，分別記為firstCurves和secondCurves。

（3）使用2 個雙精度（DoubleBlock）控件，分別獲取用戶輸入的圓點半徑rad和圓點高度ht，并計算出偏置距離hf。

（4）使用反向（ReverseDirection）控件，獲取用戶選擇的圓點配光紋生成方向selectedVector。

2.3.3 圓點配光紋建模

（1）使用創(chuàng)建曲線交點函數(shù)UF_POINT_create_at_intersection_of_two_curves，獲得用戶選擇的兩組曲線的交點inter-Points(i,j)。

（2）使用創(chuàng)建偏置曲面函數(shù)UF_MODL_create_face_offset，將用戶選擇的曲面selectedFaces 沿指定矢量方向的反方向偏置距離hf，得到偏置曲面offsetFaces。

（3）使用創(chuàng)建投影曲線函數(shù)UF_CURVE_create_proj_curves1，將交點interPoints(i,j)沿曲面的法向投影到偏置曲面offsetFaces，得到投影點projPoints(i,j)。

（4）使用創(chuàng)建球函數(shù)UF_MODL_create_sphere1，以投影點projPoints(i,j)為球心，以圓點半徑rad為半徑，創(chuàng)建球體spheres。

（5）使用修剪體函數(shù)UF_MODL_trim_body，以用戶選擇的原始曲面selectedFaces 為邊界，以selectedVector 為矢量方向，對生成的球體spheres進(jìn)行修剪，所保留的部分即為圓點配光紋。

3 應(yīng)用實例

基于上述方法，完成汽車車燈配光紋快速建模系統(tǒng)中的圓點配光紋功能模塊，通過如圖6 所示的菜單命令或如圖7 所示的Robbin工具條，調(diào)用圓點配光紋功能，彈出如圖8所示的對話框界面。首先選擇如圖9 所示的曲面，接下來選擇第一組曲線和第二組曲線，然后輸入圓點半徑和圓點高度，指定配光紋的生成方向后單擊對話框中的“確定”按鈕，生成如圖10 所示的圓點配光紋。

圖9 選擇曲面

圖10 生成的圓點配光紋

實驗發(fā)現(xiàn)，完成100 個圓點配光紋的建模，一個熟練的造型工程師手工建模需要時間為100 min 左右。采用圓點配光紋自動建模程序，用戶只需選擇原始曲面和兩組曲線、輸入圓點直徑和圓點高度、指定矢量方向，就能實現(xiàn)圓點配光紋的一次性成形，總耗時大約只需3 min。由此可見，該程序?qū)A點配光紋建模效率的提高非常顯著。

4 結(jié)束語

為了解決汽車車燈圓點配光紋手工建模重復(fù)性工作量較大、建模效率不高的問題，利用NX 10軟件平臺提供的二次開發(fā)工具，開發(fā)了圓點配光紋快速建模功能模塊。首先，使用菜單腳本工具（MenuScript）制作了用戶自定義菜單和Robbin 工具條，以方便功能模塊的調(diào)用。然后，通過用戶界面編輯器（Block UI Styler）制作了人機交互對話框，使圓點配光紋功能模塊的交互界面具有NX 統(tǒng)一風(fēng)格。最后，基于圓點配光紋手工建模的原理和思路，利用應(yīng)用程序接口（NX Open API）函數(shù)實現(xiàn)了圓點配光紋的自動建模。實踐證明該程序能夠極大地提高圓點配光紋的建模效率，加快相關(guān)車燈產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。